用于电池负极材料的锂铝合金及其制造方法技术

本发明专利技术涉及锂铝合金及其制造方法，一种为β相ＬｉＡｌ合金，另一种为复合相锂铝合金，其制法是将原料置于熔炼设备中，抽真空充入氩气，加热继续抽真空，加热至４００－４５０℃停止抽真空，充入０. ０５－０. ５ｐａ氩，加热至７１０－８００℃，保温１－５小时，冷至室温制成锂铝合金锭，本法化学成分易控制，合金结构均一，回收率高，成本低，产品质量稳定，操作方便安全。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于电池负极材料的锂铝合金及锂铝合金的制造方法。锂铝合金是制造二次电池和热电池的负极材料，二次电池的负极材料多用锂铝合金，热电池的负极材料除了锂铝合金之外还可以用锂硅合金、锂硼合金，但是，锂铝合金是最好的热电池的负极材料之一，它的价格低廉。锂铝合金的制造方法有粉末冶金法、电化学沉积法及熔炼法等几种方法。粉末冶金法是将金属锂粉和铝粉混合以后，于一定的温度下进行熔炼，但是，在熔炼过程中金属锂非常容易被氧化，而导致合金成分的变化，使锂的消耗量增大，对环境又造成危害，在操作上又不安全。电化学沉积法是用电化学的方法将锂、铝共沉积到阴极上，由于锂铝的电解电位差很大，很难控制锂铝合金的化学成分，尤其是含锂量高于19%(重量百分数)的锂铝合金的成分，该法的设备投资也大，在沉积过程中金属原材料损耗大，对环境也有一定的危害，操作过程复杂，又不安全。熔炼法是将金属锂置于熔炼炉内，使其熔融后，再将铝加到熔融的锂中，由于金属铝的熔点高，比重比熔融锂大，合金的合成取决于两种金属接触表面的扩散速度，即使反应时间长也很难得到均匀的合金组分。美国专利文献US3，957，532介绍了一种锂铝合金的制备方法，该法制备的锂铝合金的成分为含56-60%锂(原子百分数)，44-40%铝(原子百分数)，其合金主要由Li3Al2相所组成。它的制备方法是在大体低于合金熔点的温度之下熔融金属锂，再将金属铝熔于熔化的金属锂中，随着金属铝浓度的增加而连续地提高温度，保持物料形成液相，直至达到所需要的锂铝合金的组成，急速冷却排出的合金熔体在一个面上破碎固化的熔体成碎块，加热所说的碎块至接近而低于合金的熔点，使碎块成为均质合金，最后粉碎均质合金的碎块成粉状。本专利技术的目的就在于研究出一种适用于作为二次电池负极材料的β相锂铝合金及另一种适用用作为热电池负极材料的复合相锂铝合金。本专利技术的另一个目的就在于研究出一种既能备出β相锂铝合金，又能制备出复合相锂铝合金的工艺方法，使这种制备锂铝合金的工艺方法操作方便，安全，回收率高，产品质量稳定，对环境又不造成污染，成本低，收率高。本专利技术的一种锂铝合金为β相LiAl合金，含锂18-24%(重量百分数，下同)，含铝82-76%，熔点688℃。本专利技术的另一种锂铝合金为复合相锂铝合金，含锂24.1-32%(重量百分数，下同)含铝75.9-68%，由LiAlβ相，Li3Al2相，Li3Al4相所构成，以Li3Al2相为主，熔点668℃。所说的含有锂18-24%，含铝82-76%β相，又以含锂19-23%，含铝81-77%，β相LiAl合金为佳，熔点688℃。上述锂铝合金中含铁、氧杂质＜2%。本专利技术的一种制备锂铝合金(β相LiAl合金，复合相锂铝合金)的工艺方法，所说的锂铝合金为β相锂铝合金、复合相锂铝合金其中的一种。工艺方法是将需要量的金属锂，金属铝一起直接装入熔炼设备中，立即抽真空，充入惰性气体氩，加热并继续抽真空至-300pa～-500pa(10-3～10-4乇)，加热至400～450℃，停止抽真空，充氩气0.05～0.5pa，加热至710～800℃，在710-800℃保温1-5小时后，将熔融的合金液注入带有夹套的铸模中，将冷水通入铸模的夹套中进行冷却，到锂铝合金锭至室温。在制备上述锂铝合金时又以在保温停止后转动炉体1-8次后，将合金液直接倒入与炉体连接一体的带有夹套的铸膜中，夹套中通水急冷锂铝合金为好。在制备上述β相锂铝合金、复合相合金的过程中，将需要量的金属锂，金属铝一起直接装入熔炼设备中，立即抽真空至-300pa～500pa为好，最好是在-380pa～-420pa，若低于-300pa熔炼体系内的空气排除不干净，抽真空至-300pa～-500pa(最好是在-380pa～-420pa)后停止抽真空，充入隋性气体氩至0.05～0.5pa，加热升温并继续抽真空至-300pa～-500pa(10-3～10-4乇)，最好抽真空-380pa～-420pa，温度到400-450℃，停止泵，充入氩气0.05-0.5pa，当温度升至600-700℃开始搅拌，搅拌的速度为30-100转/分，又以50-60转/分为佳。当温度升至710-800℃保温1-5小时，又以保温2-4小时为佳，在升温过程中升温的速度以20-200℃/小时为好，又以50-100℃/小时更佳，在保温结束前5-30分钟停止搅拌为好。将熔融的合金液注入到带有夹套的铸模中立即将冷水例如自来水注入到夹套中进行冷却，最初冷水的流速尽量地大，使冷却速度快，以防止结晶相偏析，最后将冷水的流速减小，将锂铝合金锭冷却到室温，取出熔炼好的锂铝合金锭迅速移至干燥空气间内快速粉碎，干燥空气间的相对湿度为0.5-3.5%，又以1.5-2.5%为好。将粉碎后的锂铝合金块放入充有氩气的研磨筛分机中，研磨筛分机内的球可以是不锈钢棒、钢球、合金钢球，以合金钢球为佳，边研磨边过筛，直至使锂铝合金粉过60-100网目为止。研磨后的合金粉在上述干燥间内分装并充氩气，蜡封玻璃瓶口或用铝塑复合袋真空封装。本专利技术的锂铝合金熔炼合成法所用的设备是熔炼铸锭一体化的熔炼铸锭设备，该设备带有搅拌装置，同时可以加热，可以上下旋转，可通入惰性气体，可抽真空，所说的锂铝合金铸模是置于与熔炼炉相通并连成一体的一个测管内，该测管位于熔炼炉的上端，另一端封闭，铸锭时将熔炼炉向上旋转，使熔融好的锂铝合金液注入到铸模中。在熔炼过程中配入的锂铝百分含量，在熔炼合成后均有所降低，通常锂降低1-2%，铝降低1-4%，造成上述结果的主要原因是在高温下锂和铝都有不同程度地挥发，造成了锂铝不同程度的损失。本专利技术的一种β相锂铝合金和复合相锂铝合金的金相均一，β相锂铝合金可用于二次电池的负极材料，复合相锂铝合金可用于热电池的负极材料，用上述材料所制成的电池在峰值电压、激活时间，工作时间等各项指标均达到了最高的水平。本专利技术的制备上述二种锂铝合金的工艺方法的优点在于1.本专利技术的工艺方法能制备出二种不同相组成的锂铝合金，具有熔炼、铸锭、冷却连续化的优点，化学成分容易控制，金相结构均一，收率高，成本低，产品质量稳定，无三废对环境不造成污染。2.本专利技术的工艺方法所用设备熔炼铸锭一体化，简单紧凑，操作方便安全，工艺合理。附图说明图1含锂22%(重量百分数)的锂铝合金X光衍射线谱图1为锂铝合金粉在APD-10型X射线衍射仪上，用铜靶40KV30mA，S.C计数管进行的2θ-θ连续扫描而成的X光衍射线谱，说明该锂铝合金为β相LiAl合金。图2含锂30%(重量百分数)的锂铝合金X光衍射线谱图2的测定条件同图1， 为β相LiAl，O为Li3Al2相，△为Li3Al4相。用以下实施例对本专利技术的工艺方法作进一步的说明，将有助于对本专利技术及其优点的理解，而不作为对本专利技术保护范围的限定，本专利技术的保护范围由权利可求书来决定。实施例1原料金属锂LiO3牌号，熔点183℃;金属铝AOO级铝锭，熔点653℃，将重1.5公斤的上述金属锂，5.64公斤的金属铝装入熔炼炉的熔炼区中，立即抽真空至-400pa后，停止抽真空充入氩气0.5pa，加热升温继续抽真空至-400pa，温度升至420℃停止抽真空，再充入氩气0.4pa，当温度升至700℃时开始搅拌，搅拌速度为50转/分;本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂铝合金，其特征是，为β相ＬｉＡｌ合金，含锂１８－２４％（重量百分数，下同），含铝８２－７６％，熔点６８８℃。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵炜，兰海苍，贾玉兰，张建如，
申请(专利权)人：北京有色金属研究总院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]